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要進行溫室氣體減量,首先需瞭解排放情形,包含排放源、排放係數,透過精準掌握農產業碳排資訊,針對熱點投入資源進行滅量工作,建立低碳的耕作與養殖模式,推動農機電動化與設施設設能效提升,建構低碳農業。
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美國有關當局已公告規範以細胞培養之人造肉
2019/04/16
為滿足人類對肉品日益漸增的需求,畜牧業成為支撐這龐大市場的產業之一。然而研究普遍認為,傳統的畜牧業恐造成溫室效應加劇、未經處理之廢水排放也恐造成鄰近河川的污染。人造肉(cultured meat,又稱試管肉或人工肉)的研究在這個背景下孕育而生。   人造肉研究的目標之一是希望將動物細胞或組織以體外(in vitro)培養技術,培養出可食用的肌肉組織,並希望能在未來成為人們主要蛋白質攝取來源之一。人造肉產品率先由荷蘭馬斯垂克大學(Maastricht University)波斯特教授(Mark Post)的研究團隊於2013年展示其開發成果。之後便展開一連串的研究,相關團隊預計在2021年正式將人造肉商品化。雖然經細胞培養的人造肉在外觀上似乎與普通的肉品無異,但由於人造肉的培養的製造過程及其對環境影響與人體危害的評估仍尚待釐清,加上人造肉有別於早已上市流通並規範許久的基因改良(genetically modified)食品,因此有必要為此新興商品另立法律加以規範。   美國農業部食品安全檢疫局(U.S. Department of Agriculture's Food Safety and Inspection Service)與衛生及公共服務部食品藥物管理局(U.S. Department of Health and Human Services' Food and Drug Administration)於近期發表對人造肉相關規範的共同協議,協議中表示食品安全檢疫局與食品藥物管理局將共同監督由細胞/組織培養之人造肉商品。其中,食品藥物管理局將針對細胞收集、細胞儲存、細胞生長及分化等部分進行監督,而食品安全檢疫局則對以牲畜、畜禽等作為細胞/組織培養上市販售之商品進行產品品質檢驗及產品標示的監督作業。該協議確保美國人民可安心食用人造肉。【延伸閱讀】新興基因編輯CRISPR/Cas9之最新應用   隨著食品科技的進步,唯有嚴謹的檢測檢驗流程及一套完善的監督管理標準,才能有效地為消費者的健康把關。
正確食品標示的基改鮭魚產品可望正式在美國販售
2019/04/15
美國食品藥物管理局(Food and Drug Administration)已解除於2015年批准上市的基改鮭魚(genetically modified salmon,或稱genetically engineered salmon)的進口禁令,可望最快於今年正式上市販售。這種被稱為科學怪魚(Frankenfish)的鮭魚是由美國AquaBounty Technologies, Inc.利用遺傳工程,將大西洋鮭(Salmo salar)體內加入由opAFP-GHc2兩基因組成的共構基因(gene construct),使個體同時增強表現生長激素與抗凍蛋白的功能,與普通的大西洋鮭比較之下較能抗低溫逆境與分泌較多生長激素。由於基改鮭魚是三倍體的生物,因此理論上該研究品系不會與野外近緣族群雜交,可避免基因藉由雜交的方式破壞原始族群的基因庫,除了以上的生殖隔離機制,該基改品系也通過美國食品藥物管理局的環境影響評估。【延伸閱讀】世界衛生組織已逐步為人體基因編輯規劃治理架構   雖然基改鮭魚早在2015年就通過美國食品藥物管理局所規範的基改生物評估,成為美國首例基改動物核准作為食品上市的案例。然而,美國當局為統一基因改良產品的標示規範、避免食品或相關產品標示不全並善盡告知消費者之義務,美國國會指示基改相關產品須待相關配套措施上路後,方可正式核准上市。由於美國食品藥物管理局非責任主管機關,靜待相關法律制定期間,食品藥物管理局先於2016年發布進口禁令,暫時禁止在加拿大生產的基改鮭魚及其魚卵登入美國本土,並禁止國內從事販售及飼養之情事。直到2018年底,責任主管機關美國農業部(United States Department of Agriculture)建立美國國家生物工程食品揭露標準(National Bioengineered Food Disclosure),強制要求基改或有基改之虞的食品須在上架時揭露其完整產品資訊與告知消費者可能之健康與環境風險,並統一規範標示的定義與發佈產品標章形式。有了確切的規範標準,美國食品藥物管理局便解除2015年對基改鮭魚頒布的進口禁令,未來AquaBounty Technologies, Inc.的基改鮭魚食品便可進口到美國本土進行市面販售。除商品販售外,基改鮭魚的魚卵也可進口到美國本土,飼養在由美國食品藥物管理局核准,由AquaBounty Technologies, Inc.設立在印第安納州的陸上繁養殖中心。雖然基改鮭魚通過環境風險與人體健康安全評估,但仍有部分團體或個人對此表示擔心,並發起與美國食品藥物管理局的訴訟,希望能藉由官司讓基改鮭魚下架。   不論民眾對基改鮭魚的評價如何,在歷時多年的研發與驗證下,美國消費者們可望在不久的將來一嚐基改鮭魚的風味。
經改造的土壤微生物或許能化植物為塑膠
2019/04/11
微生物存在於環境各個角落,微生物群落(community)的組成因不同的環境而異。不同環境下的微生物具有豐富且獨特的生物多樣性,科學家們往往可在不同環境中找出具有特殊生化功能的微生物,在進行適當的培養與遺傳工程後,便可利用微生物特殊的生化特性,完成人們的研究目的。美國威斯康辛大學麥迪遜分校(University of Wisconsin-Madison)的研究團隊在土壤中發現能將植物木質素轉換成聚酯纖維(polyester)前驅物的微生物。   植物細胞壁中主要存在纖維素、半纖維素及木質素等物質,由於木質素在製漿造紙產業中的附加價值不高,因此多做為副產物處理。然而研究團隊在土壤中發現學名為Novosphingobium aromaticivorans (Sphingomonadaceae)的微生物,是一種能將木質素轉化成其他化合物的微生物。該微生物能藉由體內的多種酵素,將一群特定芳香烴結構的化合物經不同酵素與生合成途徑,轉化為2-pyrone-4,6-dicarboxylic acid (簡稱PDC),這種將多種前驅物經不同酵素轉化為同一產物的過程稱為生物漏斗(biological funneling)。而上述的PDC可做為聚酯纖維的前驅物,該過程可望取代傳統以石化為原料進行合成的人造纖維,在減少石油的消耗之餘,同時也解決農、工業副產物的問題。由於PDC在微生物體內也僅是整個生合成途徑的中間產物(intermediates),為達到最佳產值,研究團隊對N. aromaticivorans進行遺傳工程,刪除代謝PDC的上游基因,確保PDC成為最終產物,藉此增加PDC的產量。【延伸閱讀】利用海藻生產生物塑膠的新方法   研究團隊在土壤中發現並改良的微生物可望於未來取代石化製造的聚酯纖維,解決農業副產物的問題,研究團隊也會在未來研究如何將生產規模提升。   相關研究已發表在<Green Chemistry>。
世界動物衛生組織最新的研究報告顯示全球已逐漸落實動物抗菌劑的用藥安全及監控管制
2019/04/10
世界動物衛生組織(World Organisation for Animal Health,簡稱OIE)為促進動物抗菌劑(antimicrobial agent)的用藥安全與落實管理辦法,於前些年開始呼籲各國或各區域組織主動提供相關資訊,並藉此分析與找出現階段的用藥管理問題。世界動物衛生組織收集2015-2017年的數據,其中包含政府或第三方機構所提供的資料,共計155個國家參與該項目。該報告指出雖然動物抗菌劑用於促進生長(growth promotion)方面已由一開始的60個國家降為45個國家,然而有些重要的抗菌劑仍在未經規範下廣泛地在使用,這將導致用藥動物與人類健康受到危害。   為確保動物健康及農產品安全,發展相關用藥規範有其必要性。報告顯示許多國家已開始注意動物用藥的重要性,缺乏關於促進生長用藥方面管制架構(regulatory framework)的國家,由一開始統計的110個減少為72個國家,這顯示相關國家已開始制定並執行相關規範。   此外,許多國家也開始收集動物用藥的相關數據,並開始成立國家級資料整合系統,希望能串連國內乃至於區域間的資料,達到資源公開與共享的目的。世界動物衛生組織也針對資料取得過程中可能遇到的阻礙:管理上可能不具強制力、缺乏適當的人力與量測工具及缺乏官方及私人間的資料整合。   雖然動物抗菌劑的施用在人類保健、動物健康、糧食安全與食品安全等方面皆扮演重要的角色,然而一旦濫用動物抗菌劑將有可能產生具有抗藥性的菌株,對人類健康而言將是一大衝擊。世界動物衛生組織在報告中也呼籲,應及早落實管制架構與健全動物用藥監控,以面對未來可能之威脅。【延伸閱讀】研究測試雞對曲狀桿菌的抵抗力   相關內容請參閱世界衛生組織於2018年出版之報告。
日本認定符合技術與安全規範基因編輯食品,將可採用既有之食品法規進行規範與販售
2019/04/09
新興基因編輯(genome editing,或稱gene editing)技術的雛型最早源自於細菌對抗病毒感染的免疫機制。基因編輯技術可在辨識特定的基因片段達到精準定位後,再對定位區域的DNA進行片段的剪切或改造。由於基因編輯是一套較新的分子生物技術,因此各國皆針對基因編輯食品的安全性評估及是否為基改食品的認定標準進行討論,其中,美國與歐盟對基因編輯作物、食品或商品的立場有所不同。   一方面,美國農業部(U.S. Department of Agriculture)認為基因編輯的食品不必經法律規範;另一方面,歐盟則已由歐洲法院在去年7月裁定,凡產品製造過程涉及任何形式的遺傳方式改良,包含基因編輯技術在內,皆視為基改食品,一律受基改相關規範。日本厚生勞動省藥事食品、衛生審議會(厚生労働省薬事・食品衛生審議会)近日也針對新興基因編輯技術在食品應用方面提出建議報告,認為基因編輯食品可以現行食品衛生安全法規進行規範,在標示食品開發者提供之基因編輯技術、修改基因資訊及及其他細節後即可上市,毋須如基改食品上市前的評估審查與標示檢驗合格標章。   日本厚生勞動省藥事、食品衛生審議會的專家們認為,傳統基改常使用的方式是轉入(transfer)外來物種的遺傳片段到目標物種的染色體上,過程涉及外來遺傳物質轉移,屬基因轉殖(transgenic,又稱轉基因)的範疇;而基因編輯可利用像是CRISPR/Cas9基因編輯系統,精準地將目標基因靜默(gene silencing)或令部分DNA鹼基對發生突變。該觀點與美國農業部的看法類似,認為過程中僅藉由基因編輯技術隨機造成DNA鹼基的插入-刪除突變(insertion-deletion mutation),而非傳統基因轉殖加入外來物種遺傳片段的做法。換言之,在此觀點下的基因編輯技術僅被當作增加突變率及提高遺傳變異的手段,此方法可縮短人們選拔目標性狀的時間及過程。然而,藥事、食品衛生審議會的建議報告中也提到,若基因編輯相關技術細節不夠詳細,則得進一步探討安全評估事宜。【延伸閱讀】正確食品標示的基改鮭魚產品可望正式在美國販售   雖然代表日本政府的專家們已為基因編輯的食品安全背書,但消費團體仍不樂見基改食品上市,並希望產品上市前應先進行安全檢驗並清楚標明基改內容。面對排山倒海的意見,日本政府會在匯集專家建議、擬定指導策略的同時,持續地跟廣大農民及消費群眾溝通,在專家建議與民眾意見間取得普遍都能接受的共識。
DNA甲基化研究為植物病蟲害防治帶來新的突破
2019/04/08
植物病蟲害是農業生產上所面臨的重大問題之一,除透過農藥或生物製劑消滅病原體或害蟲外,人們常藉助分子育種的方式找出與抗病蟲害相關或與之連鎖的遺傳特徵(trait,又稱性狀),將這些特徵作為分子標記(molecular marker),再利用分子標記篩選出具有目標性狀個體。在影響表現型的遺傳研究中,早期多以分子生物學的中心法則(central dogma)為前提,探討遺傳物質本身(即DNA)的差異對表現型的影響;近十年在表觀遺傳學(epigenetics)的研究中進一步發現,透過DNA化學修飾的過程,可使得具有相同DNA特徵(或遺傳特徵)的個體,因DNA甲基化(DNA methylation)的不同,產生不同的表現型,而在這些表現型中,可能有些甲基化位置與抗性特徵有關。為釐清DNA甲基化的位置與遺傳形式在植物抗病蟲害方面的關聯性,英國雪菲爾大學(University of Sheffield)的研究團隊以具有完整遺傳背景阿拉伯芥(Arabidopsis)進行研究,找出DNA甲基化對植物抗病蟲害能力的影響。   研究首先建構具相同遺傳背景(即相同基因組),但分別表現不同DNA甲基化形式的表觀遺傳重組自交系(epigenetic recombinant inbred lines,簡稱epiRILs)。透過自交系的研究發現,有4個低甲基化(hypomethylated)基因座(locus)與抵抗露菌病(downy mildew)的抗性有關。研究進一步發現,這些受低甲基化影響的4個基因座與植物生長、抗環境逆境的能力無關,顯示植物的生長發育並不會因這些區域的DNA受到甲基化的變化而有所改變,這些區域的甲基化程度僅會影響植物抗露菌病的能力。【延伸閱讀】國際水稻研究所推出監控及預防水稻白葉枯病爆發的工具   透過表觀遺傳學的研究,英國雪菲爾大學的研究揭示部分基因座在不改變DNA序列的情況下,透過DNA甲基化或去甲基化獲得抗病害的能力,而這些受甲基化影響的區域可遺傳至下一代。相關研究可望用於作物育種之用,解決人們長期倚賴大量農藥與確保糧食安全方面的問題。
EuroTier展示會的動物養殖數據技術應用案例
2019/04/03
2018年的EuroTier展示會於11月德國漢諾威(Hannover)舉行,共有來自63個國家的2,597家參展商,展示畜牧業和管理方面的創新技術。大量數據收集似乎已成現代農業的趨勢,在展會期間,參展商發表了許多涉及收集數據及如何使用的技術開發,但要在產業鏈中連接這些龐大的數據卻不容易。   各家廠商通常會展示並銷售自有系統,但不同廠商之間的相容性、數據所有權的劃分、農民是否可使用所有數據等問題仍需尚待解決。在會中IoF2020計畫(Internet of Food & Farm 2020)有機會突顯至今為止在乳製品和肉業取得的進展,以下分享一些亮點。 Fancom開發了iFarming,iFarming結合了環境控制、自動餵飼和生物識別系統、eYe Grow豬秤重系統、咳嗽監測儀、感測器等智慧裝置,構成完整的農場系統,以改善經濟動物的生活條件和農場收益。 BigFarmNet提出一套完整的農場智慧系統,結合了重量分類、飼養環境調節、飼料和水的消耗資訊,警報裝置等,有助於優化豬隻的飼料轉換效率,培養出品質較為統一的豬隻。 Nedap公司通過Nedap ProSense、SowSense、PorkSense等產品管理養豬場中的可用數據。 Schauer通過Farmmanagement 4.0提供各式軟硬體系統監控和管理飼料儲存狀況,配合近場通訊技術(Near field communication),更可提升執行效能,收集的數據可直接於內部儲存,也能備份至雲端。 Agrisyst開發的PigExpert可幫助管理者迅速處理大量數據,可記錄豬隻從小到成熟時的所有數據,並可與合作夥伴進行簡單的數據分享與備份。【延伸閱讀】日本葡萄酒產業的大數據應用   未來,這些具有應用潛力的智慧管理系統必須面臨到整合於肉類價值鏈中的挑戰,是否可大量且長期的受到整個產業的青睞,端看其能否有效地協助解決現有產業問題與妥善連接完整價值鏈中所需的數據。
以機器學習揭露植物功能性基因的秘辛
2019/03/29
陸生植物是長期在地表成功演化的生物,其所產生的化合物將直接或間接的影響植物對環境的適應與個體間的繁殖能力。植物體代謝產生的化合物稱作代謝物,可依其生合成的途徑進行分類。一般而言可將代謝途徑分為:泛物種存在並用以維持基本生理功能的初級代謝途徑(primary metabolism,或稱general metabolism,簡稱GM);以及存在種間特化並用以防禦或適應功能的次級代謝途徑(secondary metabolism),又由於其功能特化在不同的分類群間有所差異,因此次級代謝途徑又被稱作特化代謝途徑(specialized metabolism,簡稱SM)。植物產生的化合物在農業、醫療及生化等領域可能富含高經濟價值的潛力,以農業應用為例,許多抗病蟲害製劑或含費洛蒙成分的化學生物藥劑是提煉自特定植物的化合物,不但在施用上對環境友善,也使作物避免病蟲害的威脅。   由於植物的基因體數據量龐大且存在種間差異,加上若分別以傳統植物生理與分子生物學研究某特定代謝途徑將是耗時的做法。為此,密西根州立大學(Michigan State University)的研究團隊採取不同的做法,研究團隊先以模式植物阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)的基因組數據進行研究,並以機器學習的方法,將3萬多個基因按代謝途徑分成GM或SM兩種。研究團隊表示,機器學習的方法就如同在電子商務中透過分析消費者的瀏覽模式,預測消費者潛在可能購買的商品,並以客製化的方式呈現廣告內容。利用新興機器學習的方法,研究團隊得以在未知功能的基因中,將基因依代謝途徑進行預測並分類,藉此一窺其可能扮演的角色。   密西根大學的研究團隊完美的展現計算生物學與生物化學間跨域合作的研究模式,透過機器學習進一步預測基因的分類,將有助於候選基因的挑選。該研究也可進一部推廣到阿拉伯芥以外,用在其他的植物類群,藉此發現農業、醫療或工業用途的新興植物代謝化合物。【延伸閱讀】適用於現場的攜帶式設備能預防豬隻傳染病的傳播   該研究由美國國家科學基金會(National Science Foundation)提供資金方面的協助,最新研究成果已發表在著名期刊<Proceedings of the National Academy of Sciences>。
昆蟲添加劑可能作為對抗家禽傷寒的工具
2019/03/28
家禽傷寒(fowl typhoid)是亞洲國家家禽業的主要問題,主要經由攝食被沙門氏菌(Salmonella enterica serovar Gallinarum)汙染的飼料及水所引起,症狀可能包含雞隻厭食、腹瀉、脫水、貧血、腸道出血、肝臟和脾臟腫大等,且生病雞隻的排泄物、蛋及羽毛皆含有大量細菌,容易造成雞群的高死亡率。雖然家禽傷寒在大多數歐洲國家和北美並不構成威脅,但卻是韓國家禽業者須面對的問題。   黑水虻幼蟲(Black soldier fly larvae, BSFL)能有效處理畜禽有機廢物,本身也是良好的蛋白質來源,在重視農業永續和環境保護的觀點下,可代替部分大豆和魚粉,作為動物飼料添加物。因此韓國全南大學(Chonnam National University)便探討肉雞飼料中添加BSFL對雞隻生長能力、免疫能力與對抗沙門氏菌的影響。   結果顯示,與未餵食BSFL的對照組相比,加入2%和3%BSFL有助於提升雞隻的免疫功能,且血清中的溶菌酶活性也更高。另外,在沙門氏菌的感染試驗中,以BSFL餵食可延後雞隻的死亡時間。在細菌感染15天後,對照組存活率為50%,餵食1%BSFL存活率達67%,2% BSFL存活率達75%,3%BSFL的存活率則達到85%。【延伸閱讀】新研究將木屑廢棄物轉換為可利用蛋白質   透過免疫標記和感染測試的結果,顯示BSFL或許可作為非特異性免疫刺激劑,並增進肉雞對細菌病原的抵抗力。除了有利於產業經濟,使用上也比抗生素更具環境永續性,未來將會更進一步探討促進肉雞免疫提升的確切原因,相關研究發表於<The Journal of Veterinary Medical Science>。
最新研究發現蝙蝠流感病毒恐跨物種感染人及牲畜
2019/03/27
蝙蝠是具飛行能力的小型哺乳動物,由於長距離移動能力佳,因此容易成為攜帶與傳播病原體的帶原者,著名的伊波拉病毒(Ebola virus)就是在非洲透過感染的果蝠進行傳播,再經由人為的活動擴散至全世界,顯見蝙蝠在人畜共通傳染病中所扮演的角色。除之前發現的伊波拉病毒外,蝙蝠同樣會攜帶並傳播如寄生蟲(parasite)、流感病毒(influenza)等常見的病原體。瑞士蘇黎世大學(University of Zurich)的研究團隊在近期的研究發現,蝙蝠流感病毒具有潛在跨物種感染的能力。   一般所認知的流感病毒是利用辨識宿主細胞膜上的唾液酸(sialic acids,一種醣蛋白),並與唾液酸的化學結構結合達到感染宿主細胞的目標,由於該化學結構普遍存在於人類、畜禽與牲畜的細胞表面,因此容易造成跨物種間的感染。然而蝙蝠流感病毒並非倚靠與唾液酸結合的感染方式,因此蝙蝠流感病毒感染宿主細胞的方式成為研究主要的重點。蘇黎世大學的研究團隊透過CRISPR-Cas9篩選技術進行全基因組的篩選,發現有別於一般流感病毒辨識宿主細胞的方式,蝙蝠流感病毒可透過識別人類第二型主要組織相容性複合體(major histocompatibility complex class II,簡稱MHC-II,是種呈現在於特定免疫細胞的表面抗原蛋白),藉此感染人類宿主細胞。【延伸閱讀】高營養濃度的飲食會影響牛的肝臟健康   除此之外,研究團隊也發現蝙蝠流感病毒同樣會感染雞、豬、鼠等常見的牲畜或居家小動物。這也顯示蝙蝠流感病毒除了是人畜共通傳染病毒外,更是潛在可能造成畜牧業爆發大規模傳染,一旦大爆方將造成重大經濟損失的傳染病。雖然現在尚未觀察到蝙蝠以外的病毒感染現象,但相關的可能性將不容忽視。   該研究成果已刊登在<Nature>。
研究發現水泥人行道或許成為影響都市樹木健康的關鍵因素
2019/03/25
隨著人們逐漸將生活重心移轉到都市的過程中,都市綠化成為都市計劃的規畫項目之一,都市植物的病蟲害管理也成為綠化考量的重點項目。由於都市景觀有別於野生環境,生態系組成與物種健康狀態可能與野生環境不同,為此,若能找出植物在都市環境中的生長模式,將有助於都市景觀規劃與管理。美國北卡羅來納州立大學(North Carolina State University)的研究團隊發現,都市地區中的樹木健康度,或許與周邊覆蓋的人造水泥人行道面積有關。   在自然界中,樹木的健康程度往往與緯度呈現相關性。一般而言,在低緯度地區,由於植物受到較頻繁的乾旱逆境與較多食草動物(herbivore)的攝食壓力,因此植物健康狀態較差,反之隨著緯度的提升,植物就越健康,此現象隨著緯度而呈現梯度變化。然而都市環境是否與自然界所觀察到的現象相符,則有待重新觀察與驗證。北卡羅來納州立大學的研究團隊想釐清,是否都市景觀也能觀察到相同的現象,於是研究團隊選擇泛北美地區廣域分布的紅楓(red maple,Acer rubrum)作為研究的樹種,探討紅楓在不同緯度生長下的健康狀況,並主要選擇都市區內的植株進行研究。研究發現都市的紅楓會受食草動物介殼蟲(scale insect)影響,引發病蟲害問題,變得較不健康。另外,介殼蟲的豐富度(abundance)與都市所處的緯度、氣溫無關,而是與植物周圍地表的不透水(impervious surface)地區所占的面積有關,研究發現植株健康度較差的城市具有較高比例的不透水面積,而這與緯度分布無關。   該研究指出都市植物與野生植物的健康狀況受不同因素的影響,在都市生長的植物主要受植株附近的不透水覆蓋面積影響,而不透水區域多為水泥人行道或人造地上物件等設施。研究提供在都市綠化過程中,影響造景植物健康的可能原因,並指出未來可能面臨的病蟲害問題。【延伸閱讀】研究發現住在綠地周邊的女性較不易產生過重或肥胖等健康問題   該研究由美國農業部國家食品及農業研究所(National Institute of Food and Agriculture)南部病蟲害整合管理中心(Southern Integrated Pest Management Center)提供研究經費,相關研究成果已發表在<Oikos>。
提供海上資訊服務的HiSea計畫
2019/03/22
HiSea通過歐盟Horizon 2020研究與創新計劃獲得194萬歐元,於2019/1/8-9在荷蘭舉行了開幕會議,合作對象涵蓋荷蘭、葡萄牙、德國、西班牙、法國、希臘和以色列等地區。HiSea將整合哥白尼計劃(歐盟地球遙測和監測服務)所獲得的海洋、陸地和氣候數據,包含物理參數(如氣象、波浪、水流)和水質參數(如葉綠素、海洋污染)等各項不同類型的數據,加上當地監測數據和模型建立,希望改善人類海洋活動的運作、規劃和管理,特別是港口和水產養殖方面的應用。【延伸閱讀】數位化綿羊育種新技術   HiSea提供的服務包括:     •發布暴風雨、大量有害藻類生長、糞便污染和其他危害的警報,提供潛在風險的預警服務。     •針對污染事件進行即時危機管理,以確認適當的應對措施。     •提供關於魚類生長的環境條件或船舶風暴易受傷害程度的關鍵績效指標。     •提供人們作業規劃的參考資訊,包括準確可靠的氣象,流體動力和水質預測。     •利用因果關係(cause-effect relationship)構建知識庫,有效增進未來的管理營運。   這是一項創新且具有成本效益的服務,通過數據整合提供用戶量身打造的可靠的資訊。利用伺服器模擬季節性警報或危機發生時的應對反應,還使用創新模組幫助隨時應付用戶要求並降低營運成本。而用戶則能夠輕易取得和理解這些訊息,將數據完美融入自身所需的操作、規劃和管理作業,增加競爭優勢。
遺傳工程蛋雞可望成為治療人類疾病的新希望
2019/03/21
雞蛋在飲食上,是平價、易取得的蛋白質來源,在醫療上則是作為流感疫苗的主要材料。近期的研究指出,未來可透過遺傳工程的方式,將雞蛋變成具有抗癌療效的蛋白質類藥物(protein drugs)。   遺傳工程技術是以任一生物作為表現載體,將人們感興趣的遺傳性狀植入生物體中,透過較有效率的表現,藉此獲得相對應的表徵或目標蛋白。英國愛丁堡大學(University of Edinburgh)以遺傳工程的方式,對蛋雞進行改良,做為生物反應器(bioreactor),使其穩定產下具抗癌效果的雞蛋。   愛丁堡大學的研究團隊最初鎖定人體免疫系統中,具有抗癌效果與治療潛力的兩種蛋白,分別為干擾素α2a (IFNα2a)與巨噬細胞群落刺激因子(macrophage-CSF1),前者具有抗病毒與抗癌的效果,後者則具有刺激身體組織修復的機能。在確認治療蛋白後,研究團隊以蛋雞做為載體,將IFNα2a及CSF1的基因轉殖到其中,讓遺傳工程蛋雞產下的雞蛋中含有IFNα2a及CSF1兩種抗癌蛋白。研究團隊表示,只需2-3顆抗癌蛋,便能達到相當於1次療程所需的藥物劑量,對於一年可生產300多顆雞蛋的母雞而言,是個相當具有經濟效益的一項作法。現階段研究雖已初步確認其遺傳工程效果,但未來仍需近一步透過動物及臨床試驗驗證其療效。【延伸閱讀】研究進一步證實咖啡因可提升男女運動員的運動能力   在未來,傳統的養殖產業可望藉由生物技術手段,將原本普通的雞蛋變成高附加價值的藥品。雖然愛丁堡大學的研究距離商業化生產與臨床應用仍有一段距離,但研究的突破將成為抗癌的新希望。
研究指出都市花園與菜園為保育物種的重要關鍵
2019/03/20
都市是相對於鄰近地區,人口密度較為集中的區域。由於都市用地主要做為人們政治、經濟及貿易等目的使用,因此開發過程中往往忽略都市綠化的部分,這也使得歷來許多物種在都市發展的過程中消失。直至近年保育意識的抬頭與都市農業的推廣下,人們才逐漸意識到都市綠化在都市發展中所扮演的重要性。英國布里斯托大學(University of Bristol)與眾多科研機構共同研究發現,都市中的花園及菜園皆做為保育植物受粉者(pollinator)的熱點。   由布里斯托大學所組成的研究團隊針對英國4座城市共計360個地區進行觀察,研究其中生物多樣性與都市植物授粉者的關係發現:包含都市花園(garden)與都市菜園(allotment,又稱社區菜園community garden)等綠化環境,都成為授粉者出現的熱點,同時也是物種多樣性在一個城市健全與否的重要指標。研究也發現花園授粉者豐度(pollinator abundance)與家庭收入存在正相關,這樣的現象又被稱作奢華效應(luxury effect),研究團隊藉此推測授粉者豐度或許受到都市社經發展的影響,也是一個都市發展的重要指標之一。   有鑑於都市庭園/菜園在保育授粉者與其他生物多樣性所發揮的影響力,布里斯托大學的研究團隊提出若干英國都市地區發展環境友善的建議,供決策當局參考: (1) 都市內的公園地區、樹籬廊道(road verge)及其他綠化地雖占整體都市的1/3用地,雖然占地廣,但與都市花園的授粉者數量相比仍顯得較少,應於未來規劃種植多種園藝作物,以利更多授粉者的拜訪; (2) 都市花園占英國都市地區1/4-1/3的土地利用,好的花園管理將對授粉者的保育有所幫助; (3) 都市規劃者或有關當局應增加都市菜園的土地利用面積,以利授粉者的成長。【延伸閱讀】研究發現水泥人行道或許成為影響都市樹木健康的關鍵因素   該研究由都市綠化的角度探討生物多樣性與授粉者保育之間的關聯性,突顯都市花園/菜園在其中的重要性。研究也證實當區域社經發展到一定程度後,人們會越來越在意生活品質的提升,同樣伴隨著在都市地區種植農、園藝植物的行為。雖然該保育方面的研究與推廣休閒及糧食安全為發展導向的都市農業(urban agriculture)有些差異,但兩者皆具有相類似的內涵與目的,或許該研究能成為未來都市農業發展與規劃的重要參考。   該研究由英國生物技術暨生物科學研究委員會(BBSRC)、英國環境食品暨鄉村事務部(Defra)等機構資助,研究成果已發表在<Nature Ecology & Evolution>。
導入機器學習科技預防人畜共通傳染病
2019/03/19
部分沙門氏桿菌屬(Salmonella)的物種能在人與動物之間傳染,一旦飼養的動物攜帶這類病原菌,將影響畜牧與相關肉品加工產業,人們的健康也因此受到威脅。據統計,美國本土在2009-2015這6年間就爆發近3,000起透過食物傳染的食媒性疾病(foodborne disease),其中有900多起與沙門氏桿菌感染有關,占總事件的30%。為預防人畜共通傳染病大規模爆發與發展良好的防治策略,將成為重要的關鍵。相關的防檢疫策略應著重在落實源頭管理,導入農場到餐桌(from farm to table)的管理監控,從根本的畜牧生產端就應進行把關,因此初期的防檢疫應被視為不可或缺之一環,相關的防檢疫技術也因此孕育而生。   美國喬治亞大學食品安全中心(University of Georgia Center for Food Safety in Griffin)的研究團隊對人畜共通傳染病的沙門氏桿菌進行研究,針對沙門氏桿菌的特定血清型Typhimurium進行全基因組的定序及序列分析,並重建Typhimurium型的菌株在牛、豬、雞等飼養畜禽與其他物種間的親緣關係。研究團隊利用隨機森林(random forest)演算法,將已知1300多個Typhimurium型沙門氏桿菌的基因組以機器學習(machine learning)的方式,訓練機器判讀Typhimurium型沙門氏桿菌基因組中3,000多個遺傳特徵,藉由遺傳變異區分細菌可能的來源並加以分類,最終將機器學習的結果用在預測未知特定病源,藉此達到源頭管控與防檢疫之目的。【延伸閱讀】以機器學習揭露植物功能性基因的秘辛   由於生物基因組的資訊量極大,未來的趨勢將不外乎是透過經演算法訓練的機器協助找到特定傳染病做好源頭管理,並用在防治傳染病大爆發。該研究現已成功預測大部分的動物性來源的Typhimurium型沙門氏桿菌,其準確率高達83%;其中預測準確率最高的是來自家禽與豬的Typhimurium型沙門氏桿菌,其次則是來自牛及野生鳥類的Typhimurium型沙門氏桿菌。未來研究將藉由蒐集更多沙門氏桿菌的基因組資料,藉此優化機器的學習預測能力。   該研究已發表在美國疾病管制與預防中心的研究刊物<Emerging Infectious Diseases>中。
引用湖水從事農業灌溉生產恐將產生大量溫室氣體
2019/03/18
面臨全球暖化的挑戰下,節能減碳成了上自政府下自民間的全民運動,包括農業在內的所有產業,均從事標榜符合環保法規且低碳足跡的生產作為。農業上,會造成碳排之處多半在肥料、農藥等製劑的生產及運輸過程或是來自作物的呼吸作用與農地的土壤呼吸(soil CO2 efflux),以及農機具在操作中所產生的碳排放。除此之外,加拿大英屬哥倫比亞大學(University of British Columbia,簡稱UBC)的最新研究發現,除上述農業活動會造成大量碳排放外,引用湖水進行農業灌溉過程中恐會產生為數不低的二氧化碳排放量。   某些地區耕作的水源引自農作區鄰近湖泊或其支流,相較之下是屬於較經濟的農業生產方式。由於大氣中有許多的二氧化碳氣體是以碳酸氫根的無機分子形式溶解在水體(例如:海洋、湖泊、河水等)中,因此湖泊中其實蘊藏著大量溶解自大氣的二氧化碳分子。英屬哥倫比亞大學的研究團隊即發現,在引用湖水灌溉的過程中會將原先一部份溶解於水體中的碳酸氫根釋放到大氣中,研究團隊在加拿大歐肯納根湖(Okanagan Lake)周邊地區進行研究,研究分別在將湖泊水與去離子水作為灌溉水源進行研究,並監控土壤表面與大氣中二氧化碳濃度的變化。研究最終證實引用湖水灌溉過程中會將碳酸根離子轉換為二氧化碳的形式釋放至大氣中,這占土壤呼吸總量的9-15%。據研究統計,引自歐肯納根湖從事的灌溉作業每年約莫會產生45,000公斤由碳酸氫根轉變成的二氧化碳,由此可知此地區使用湖水灌溉所貢獻的二氧化碳排放量相當驚人。【延伸閱讀】研究人員探索海洋微生物對於影響氣候的作用   該研究有別於以往人們所關注的土壤有機碳(soil organic carbon,簡稱SOC)與大氣二氧化碳間的關係,英屬哥倫比亞大學的研究重點主要放在無機碳的轉移過程,並透過農業灌溉的實際作業,闡述其所產生的二氧化碳變化與探討所帶來的全球暖化問題。   該研究由加拿大農業溫室氣體計畫(Agricultural Greenhouse Gases Program)提供經費方面的協助,相關成果已發表在<Geoderma>。
【減量】小農民也能為氣候調適研究盡一份心力
2019/03/15
為因應全球氣候變遷所帶來的衝擊,包含農糧領域在內的科學家正積極找出減緩(mitigation)與調適(adaptation)等策略,以此降低因氣候變遷形成的糧食短缺等問題,然而除了透過科學家們自身的努力外,主流學界也提倡應結合公民科學家(citizen scientist)的研究力量與匯集第一線的研究成果,提升科學理論的完備性並實際驗證其可行性。   公民科學(citizen science)是指公眾參與的科學研究,對象包含非職業科學家及業餘愛好者,這在生態學及環境科學領域中皆有大量的研究成員,而以農糧生產方面的研究為例,從事的公民科學家職業多為農民,在業餘時觀察並記錄作物生長的狀況及生長期間氣候的變化,最後將這些數據提供給科學家進行後續分析之用。一項由國際生物多樣性組織(Bioversity International)所進行的研究顯示,公民科學家(即一般農民)在研究上扮演舉足輕重的角色。   研究中提到參與計畫的農民皆可隨機獲得種源庫中3個不同品系的同種作物,不同品系則代表其可能存在不同的抵抗逆境、病蟲害等性狀或存在生長上的差異。參與的農民僅需提供試驗場域並記錄生長的相關數據,最後將數據紀錄結果供專業人士進行分析。研究按不同的栽種季及不同的農業氣候區(agroclimatic zone)進行分類,現階段已在尼加拉瓜、衣索比亞與印度的合作區中,分別獲得842處菜豆、1,090處杜蘭小麥與10,477處普通小麥的產量數據,科學家們將這些數據分別結合當地農業氣候與土壤肥力資訊進行關聯性分析。結合農民提供的最新的數據也發現到,農民試驗的結果有許多與現行的栽培建議相左,這也顯示公民科學在氣候調適農業中扮演的重要性。【延伸閱讀】監控水下聲音以監測河流健康   雖然傳統的試驗研究可將新品系成功應用在實驗室或溫室等小規模尺度,然而能否實際大規模的應用在田間及被農民所接受,則是接下來所要面臨的挑戰。而經農民驗證的研究成果,能有效的對既有的栽植作法進行改善,提升糧食的產能。   研究成果證實公民科學在農糧領域的必要性,也顯示農民最終能獲得產值方面的提升。相關研究已發表在<Proceedings of the National Academy of Sciences>。
沿著抹香鯨的表面移動的小型機器人
2019/03/11
在生物學領域實施行為研究時,需要對動物個體進行追蹤,通常是將小型數據記錄儀直接連接到動物的身體上,通過收集動物行為與動作等相關的數據和觀察結果,可作為展現動物生命奧秘的一種方式。傳統上多搭配視覺觀察動物的行為、習慣等進行研究,但對象換成海洋動物時則受到一定的侷限性,尤其是底棲性或生活在深海的動物。   近年來,受益於生物與電子技術的進步,擴展了研究人員於各種棲息地研究動物的能力,而海洋動物可收集的資訊包括三維運動軌跡、潛水深度和游泳速度等,以及體溫和心電圖等生理數據;部分生物學家也使用攝影器材拍攝動物掠奪或社會行為等前所未有的照片或影片。而現在日本山形大學(Yamagata University)和帝京科學大學(Teikyo University of Science)研究人員最近開發了一種新的小型機器人,它可以沿著抹香鯨的體表行進並收集有價值的行為數據。   相關計畫始於2012年,研究人員Tsumaki解釋,團隊想在抹香鯨嘴部周圍安裝攝影機,主要目的是為了拍攝抹胸鯨吃巨型魷魚的鏡頭,並為此開發了一種有可能到達動物口腔區域的鯨魚探測器,藉由集中閥門系統(valve system)縮小尺寸,並增加吸盤尺寸和靈活性來增加吸附力。此探測器在惡劣的環境中可進行定位與計算,設法利用鯨魚游泳時產生的水流作為機器吸附與運動的動力源,進而改善了抹香鯨口腔附近的可見性。【延伸閱讀】在海中游泳的機器魚SoFi   另一位研究人員Kosuke Tsuchiya表示,此技術在僅使用水流作為動力源的情況下成功於500公尺的深度進行吸附行走運動,並成功穿過平坦的丙烯酸表面。另外於實驗室水箱進行的測試中,也可穿過半徑為1.5公尺的彎曲丙烯酸表面,成功率為46%。這些初步結果顯示此技術可能還不適用於實際長距離的水下移動,仍需進行改良,但未來希望除水下觀測外,也能應用於海底電纜檢測系統或檢查大型船舶的底部。目前團隊正在設計一種帶有新吸盤、測量設備和浮標的原型機器人,之後將於小笠原群島的海洋中進行測試。

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